Mặc dù phần lớn các cuộc thảo luận về việc giảm lượng khí thải của phương tiện tập trung vào xe điện (EV), nhưng doanh số bán hàng của chúng vẫn ở mức thấp — với xe EV chỉ chiếm 1% lượng mua ô tô ở Nhật Bản vào năm 2021.
>> Tham khảo: Các nhà nghiên cứu phát triển một vật liệu bắt chước cách bộ não lưu trữ thông tin.
Trong khi đó, Liên minh Châu Âu dự kiến sẽ thông qua các quy định chặt chẽ hơn chuẩn khí thải trong thời gian tới. Điều này làm cho việc cải thiện hiệu suất và chức năng của các chất xúc tác làm sạch khí thải trong các phương tiện chạy bằng xăng hoặc dầu diesel trở thành một thành phần quan trọng trong việc thúc đẩy tính trung hòa carbon.
Gần như tất cả các xe ô tô chạy bằng xăng hoặc dầu diesel đều được trang bị bộ chuyển đổi xúc tác giúp loại bỏ các hydrocacbon, carbon monoxide và nitơ oxit có hại và chuyển đổi chúng thành các loại khí an toàn hơn như nitơ, carbon dioxide và hơi nước. Khí độc chảy qua cấu trúc tổ ong, được phủ bằng chất xúc tác làm sạch khí thải.
Gốm sứ có khả năng lưu trữ oxy (OSC) đóng một vai trò quan trọng trong quá trình thanh lọc. Chúng giúp loại bỏ các khí độc hại và ngăn không cho các kim loại quý trong bộ chuyển đổi xúc tác bị thô hóa, làm giảm khả năng thanh lọc của chúng.
>> Tham khảo: Những khám phá mới về vật liệu pin mặt trời đầy hứa hẹn nhờ kính hiển vi mới.
Tuy nhiên, để cải thiện tiềm năng của chúng, cần có nhiệt độ hoạt động thấp hơn. Nhưng các nhà khoa học đã phải vật lộn để đạt được điều này vì việc giảm nhiệt độ xuống dưới 500 ºC dẫn đến sự khuếch tán ion chậm hơn.
Giờ đây, một nhóm nghiên cứu tại Trường Cao học Kỹ thuật của Đại học Tohoku đã phát triển một oxit dựa trên Cerium-Zirconium (Ce-Zr) với OSC xuất sắc ở 400 ºC bằng cách kiểm soát cấu trúc tinh thể của nó. OSC ở 400 ºC cao hơn các vật liệu thông thường với hệ số 13,5, ngay cả khi không có chất xúc tác kim loại quý.
Giáo sư Hitoshi Takamura, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: “Chìa khóa thành công của chúng tôi là đưa một lượng nhỏ kim loại chuyển tiếp, chẳng hạn như sắt, vào các oxit dựa trên Ce-Zr”.
‘Sự pha tạp kim loại chuyển tiếp’ có hai tác dụng đáng chú ý trong các oxit. Nó tăng tốc độ khuếch tán oxy bằng cách giảm bớt sự hình thành các chỗ trống oxy và thúc đẩy trật tự cation.
Takamura giải thích: “Việc sắp xếp cation làm gọn cấu trúc tinh thể và làm cho oxy dễ dàng giải phóng.
>> Tham khảo: Thế giới có thể sẽ ấm lên vượt quá giới hạn 1,5 độ.
Việc pha tạp sắt làm giảm nhiệt độ sắp xếp cation, do đó cho phép diện tích bề mặt lớn hơn đối với các oxit dựa trên Ce-Zr. Điều này đã nâng cao độ bền và khả năng thanh lọc khí độc của chúng.
Trong tương lai, Takamura và nhóm của ông hy vọng sẽ thử nghiệm vật liệu này bằng cách tải nó bằng palađi trên các giá đỡ dạng tổ ong.
Chi tiết về nghiên cứu của nhóm đã được đăng trên Tạp chí Hóa học Vật liệu A vào ngày 27 tháng 9 năm 2022. Và bài báo đã được chọn đăng trên trang bìa của tạp chí.
